港大天体物理学家解开行星状星云中硫“消失”之谜

一幅标志性的拼贴画展示了 22 个著名的 PNe，按照近似物理大小的顺序艺术地排列成螺旋状。图片来源：ESA/哈勃和 NASA、ESO、NOAO/AURA/NSF 根据通讯作者和 Ivan Bojičić 的想法制作，由 Ivan Bojičić 绘制，David Frew 和作者提供了相关信息。

长期以来，硫的预期含量似乎"不见踪影"。然而，由于利用了高度精确和可靠的数据，它们在"躲猫猫"之后终于"上岗"了。研究小组最近在《天体物理学杂志通讯》上报告了他们的发现。

PNe是濒临死亡的恒星喷射出的短暂发光气态外罩，其丰富多彩的形状长期以来一直吸引着专业和业余天文学家。与宿主恒星相比，PNe 的寿命只有几万年，而宿主恒星则需要数十亿年才能通过 PN 阶段，最终成为"白矮星"。

因此，PNe 提供了恒星死亡阵痛的几乎即时快照。它们是了解恒星晚期演化的一个重要科学窗口，因为它们丰富的发射线光谱可以对其化学成分进行详细研究。

过去的研究表明，PNe 的光学光谱中似乎存在不同程度的硫元素缺乏。这种缺失很难解释，因为被称为"α元素"的硫应该与其他元素（如氧、氖、氩和氯）在大质量恒星中同步产生。因此，其宇宙丰度也应该成正比。

来自智利欧洲南方天文台望远镜的行星状星云 PN NGC 5189 的图像。有人说它看起来像中国的飞龙在天。图片来源：ESO

令人惊讶的是，虽然在 H II 区域（氢电离区域）和蓝色紧凑星系中观测到了硫丰度和氧丰度之间的强相关性（见图 2），但源自低质量恒星到中等质量恒星的 PNe 始终表现出较低的硫含量，这就产生了所谓神秘的"硫异常"，几十年来一直令天文学家感到困惑和烦恼。

香港大学物理学理学士毕业生及香港大学天文台助理研究员陈淑瑜与她的导师、天文台台长昆汀‧帕克教授（Professor Quentin PARKER）合作，利用前所未有的高信噪比（S/N）光学光谱样本，对位于银河中心的约130个星体（PNe）进行研究。这一特殊数据集的背景噪声极小，可以清晰而详细地检查光谱特征，帮助研究小组有效地处理和解决了这一谜团。

这些 PNe 是利用位于智利的世界领先的欧洲南方天文台（ESO）8 米甚大望远镜观测到的。结果发现，异常现象主要是由于 PNe 光谱中硫发射线的数据质量不高造成的。研究发现，将氧作为其他元素的基本金属性比较指标并不准确，相反，氩与氧的硫相关性更强，因此被认为是更可靠的金属性指标和合适的比较元素。

因此，在大型望远镜上以高信噪比对精心挑选的大量 PNe 样本进行光谱观测时，数据不仅首次揭示了 PNe 中强烈的"锁步"行为或硫，这在其他类型的天体物理天体中也是可以看到和预期的，而且异常现象本身也有效地消失了。

作者有效地推翻了以前的说法，即行星状星云中的硫异常是由于低估了较高的硫电离阶段或弱硫线通量造成的。这一发现强调了高质量数据在揭开科学之谜方面的至关重要性。

编译来源：ScitechDaily